Wiek 8–12 · około 6 minut
Zaginanie przestrzeni i jazda na zmarszczce
Czy statek może zajechać bardzo daleko, ani razu nie pędząc?
Najpierw to zrób · Spróbuj tego w domu
Kulka, która się nie toczy
Zacznij od rąk. Potem czytanie będzie o wiele jaśniejsze.
Potrzebujesz: Długi ręcznik albo dywanik na gładkiej podłodze i moneta lub mała kulka
Wykonane kroki: 0 z 3
Na co mam zwrócić uwagę?
Zwróć uwagę: Moneta zostaje na swoim miejscu, gdy przesuwa się pod nią zmarszczka ręcznika. To może pomóc wyobrazić sobie zmieniającą się regułę odległości w idei warp, ale nie jest obrazem zwykłej grawitacji. Dla grawitacji wyobraź sobie strzałki wokół masy, wskazujące do środka.
Czytaj dalej, żeby dowiedzieć się, dlaczego tak jest.
Wielka idea
Nie poruszaj się przez przestrzeń. Porusz przestrzenią i jedź razem z nią.
- metryka
- Zbiór zasad, który mówi, jak daleko naprawdę są od siebie dwa miejsca.
- bańka warp
- Kawałek spokojnej przestrzeni, który niesie statek w swoim środku.
- energia ujemna
- Dziwny rodzaj energii, która waży mniej niż zupełnie nic.
Czy statek może zajechać bardzo daleko, ani razu nie pędząc?
Najbliższa gwiazda po naszym Słońcu jest oddalona o ponad cztery lata świetlne. To znaczy, że samo światło potrzebuje na tę drogę ponad czterech lat. A nic nie może poruszać się szybciej od światła. Brzmi to jak zamknięte drzwi.
Przyjrzyj się jednak tej zasadzie dokładniej. Mówi ona, że nic nie może szybko poruszać się przez przestrzeń. Nie mówi natomiast zupełnie nic o tym, że przestrzeń musi stać w miejscu.
Grawitacja nie ma uniwersalnego dołu
Wyobraź sobie małe obiekty próbne ze wszystkich stron mas. Każda strzałka pokazuje kierunek, w którym grawitacja zmienia ruch obiektu, a nie jego tor.
Na zewnątrz jednej masy kulistej grawitacja ze wszystkich stron jest skierowana ku jej środkowi.
Strzałki mają jednakową długość w 3D. Pokazują kierunek, a nie natężenie grawitacji. Strzałka może wyglądać na krótszą, gdy jest skierowana w stronę obserwatora lub od niego. Jaśniejsze strzałki leżą w dalszej połowie sceny; nie oznaczają słabszej grawitacji.
Ten newtonowski obraz chwili zakłada, że masa każdego ciała jest rozmieszczona tak samo we wszystkich kierunkach od jego środka. Pokazuje tylko pole na zewnątrz, a nie krzywiznę czasoprzestrzeni. Ciała pozostają nieruchome; ich ruch nie jest symulowany.
Najpierw obróć jedną kulę i obejrzyj ją ze wszystkich stron. Potem wybierz „Dwie masy kuliste”. Kule przyciągają się wzajemnie, a każda zaznaczona strzałka pokazuje w tym miejscu łączny kierunek grawitacji. To nie jest zagłębienie w płachcie.
Czasem rysunki pokazują ciężką kulę robiącą wgłębienie w napiętej tkaninie. To może pomóc matematykom narysować szczególny przekrój, ale nie pokazuje, jak działa grawitacja w naszej trójwymiarowej przestrzeni. Wokół kulistej masy grawitacja wskazuje ku środkowi ze wszystkich kierunków — nie tylko w dół.
Co wiemy na pewno
Przestrzeń nie ma nadrukowanych na sobie odległości. Naukowcy używają zbioru zasad, który nazywa się metryka. Mówi ci on, jaka jest prawdziwa odległość i prawdziwy czas między dwoma miejscami.
To nie jest zgadywanie. Twój telefon na tym polega. Zegary na satelitach tykają w troszkę innym tempie niż zegary tutaj na dole. Gdyby inżynierowie to zignorowali, mapy zaczęłyby się mylić w ciągu kilku minut.
W 1994 roku meksykański fizyk Miguel Alcubierre przeliczył to wszystko. Ściśnij przestrzeń przed statkiem. Rozciągnij ją za nim. Statek stoi zupełnie nieruchomo w spokojnej bańce, a przestrzeń go niesie. Jako matematyka to naprawdę działa. Uczą tego na uniwersyteckich zajęciach z teorii względności.
Co naukowcy sprawdzają właśnie teraz
Równania podają swoją cenę, a jest ona dziwna. Żeby utrzymać bańkę otwartą, potrzebujesz energii ujemnej. To znaczy kawałka przestrzeni, który waży mniej niż nic.
Malutkie jej ilości są prawdziwe i zmierzone. Szczelina między dwiema płytkami Casimira to jeden z takich przypadków. Nikt nie wie, jak zrobić tę ogromną i stałą ilość, której potrzebowałaby bańka warp.
Dlatego praca przeniosła się na sprytniejsze projekty. W 2021 roku Alexey Bobrick i Gianni Martire pokazali coś zachęcającego. Powłoka warp wolniejsza od światła być może nie potrzebuje żadnej dziwnej materii. W tym samym roku Erik Lentz zaproponował wersję ruchomą, opartą na zwyczajnej energii. Trzech innych fizyków odpowiedziało dowodem. Pokazali, że każdy ruchomy projekt musi mimo wszystko złamać jedną zasadę.
Ten spór trwa właśnie teraz, całkiem jawnie, na łamach prawdziwych czasopism. Dokładnie tak brzmi dobra nauka.
Na stole laboratoryjnym Chance Glenn mierzy wiązki laserowe tuż obok ogromnej iskry elektrycznej. Szuka najmniejszej możliwej zmiany odległości. Naukowcy sprawdzają te pomysły dzisiaj.
Dlaczego to ważne
Jeśli cokolwiek z tego zadziała, inne gwiazdy przestaną być obrazkami. Staną się miejscami, z czasem podróży, który dałoby się wpisać do kalendarza.
Nawet mały sukces miałby znaczenie. Nauczenie się, jak poruszyć metrykę choćby o włos, zmieniłoby wszystko, co ludzie mogą osiągnąć.
Twoja kolej
Jeśli statek stoi nieruchomo w swojej bańce, to czy ludzie na pokładzie cokolwiek by poczuli? I jak kamera mogłaby odróżnić prawdziwe pole warp od sztuczki ze światłem?
Nikt jeszcze nie wie, czy da się to zbudować. Może to właśnie ty się przekonasz.